Επίδραση του χρόνου και του οργανικού υποστρώματος (γλυκόζης) στη διαθεσιμότητα βαρέων μετάλλων σε ένα έδαφος της τάξης Alfisols

Abstract

The present postgraduate study was conducted in order to investigate the effects of time and glucose (as an organic substrate) on lead (Pb), nickel (Ni) and bimetallic Pb+Ni system availability in an Alfisols classified soil. A two factor experiment (time and glucose) was designed, with four replicates per treatment and the effect of both factors was analyzed with the use of Tukey’s HSD Test. The emission of carbon dioxide (CO2) by soil microorganisms was also estimated using the same treatments. Glucose was used as the carbon source in order to examine the effect of the induction of microbial activity on the metal availability of the soil fractions during the experimental period. The amount of 500 mg Pb •kg-1 soil, 500 mg Ni •kg-1 soil, or (500 mg Pb + 500 mg Ni ) •kg-1 soil was added to the soil samples as nitrate salts in a water solution containing either 4 mg•g-1 glucose (MG treatments) or no glucose (M treatments). Afterwards, the soil samples were incubated for 3 hours, 1 day, 3, 9, 27, 54, 108, 216 and 301 days at 20 ⁰C at constant moisture (equal to 50% of the soil’s water holding capacity). At the end of each incubation period, the modified BCR sequential extraction procedure was applied to the soil samples, with a view to determine the following four metal fractions: exchangeable, reducible, oxidizible and residual. The values of Pb and Ni present at the exchangeable fraction, which is regarded as a measure to their availability, showed a decreasing tendency with time. The opposite was observed for the other fractions. The presence of glucose resulted in a lower exchangeable fraction values in most incubation periods, which means that the metal availability was low. Pb, as well as Pb(+Ni) (Pb in the presence of Ni) was an exception in which, the addition of glucose resulted in decreasing exchangeable values, but also produced higher metal concentrations in comparison to the treatments without glucose during the last incubation periods (216 and 301 days). Glucose, as an easily metabolized carbon dioxide source, induced a rise of the microbial activity, as shown by the estimated CO2 produced by the soil microorganisms.

Η παρούσα μεταπτυχιακή μελέτη διερευνά την επίδραση της γλυκόζης (ως οργανικού υποστρώματος) και του χρόνου, στη διαθεσιμότητα του Pb, του Ni καθώς και του διμεταλλικού συστήματος Pb+Ni σε ένα έδαφος της τάξης Alfisols. Σχεδιάστηκε ένα διπαραγοντικό πείραμα (χρόνος και γλυκόζη) με τέσσερις επαναλήψεις για κάθε μεταχείριση. Η επίδραση των δύο αυτών παραγόντων ελέγχθηκε στη συνέχεια με Tukey’s HSD Test. Επίσης υπολογίσθηκε και η έκλυση CO2 από τους εδαφικούς μικροοργανισμούς στις ίδιες μεταχειρίσεις. Η γλυκόζη χρησιμοποιήθηκε σαν πηγή άνθρακα προκειμένου να διερευνηθεί η επίδραση της μικροβιακής δραστηριότητας στην διαθεσιμότητα των μετάλλων στα εδαφικά κλάσματα κατά την πειραματική περίοδο. Τα εδαφικά δείγματα ρυπάνθηκαν με 500 mg•Pb kg εδάφους, 500 mg Ni•kg εδάφους ή (500 mg Pb +500 mg Ni)•kg εδάφους με τη μορφή νιτρικών αλάτων, σε υδατικό διάλυμα που περιείχε 4 mg γλυκόζης• gr εδάφους (MG μεταχειρίσεις) είτε καθόλου γλυκόζη (Μ μεταχειρίσεις). Τα δείγματα, στη συνέχεια, επωάστηκαν για 3 ώρες και 1, 3, 9, 27, 54, 108, 216 και 301 ημέρες, στους 20 ⁰C και σε σταθερή υγρασία, ίση με το 50% της εδαφικής υδατοϊκανότητάς τους. Μετά το πέρας του εκάστοτε χρονικού διαστήματος επώασης, εφαρμόστηκε στα δείγματα η τροποποιημένη μέθοδος διαδοχικής εκχύλισης BCR προκειμένου να διαχωριστούν τα εδαφικά δείγματα στα εξής τέσσερα εδαφικά κλάσματα: ανταλλάξιμο, συνδεδεμένο με τα αναγώγιμα συστατικά (αναγώγιμο), συνδεδεμένο με τα οξειδώσιμα συστατικά (οξειδώσιμο) και υπολειμματικό. Οι συγκεντρώσεις των μετάλλων στο ανταλλάξιμο κλάσμα, το οποίο θεωρείται ενδεικτικό της διαθεσιμότητας τους, παρουσίασαν μια τάση μείωσης με το χρόνο. Το αντίθετο συνέβη με τα υπόλοιπα κλάσματα. Η παρουσία της γλυκόζης είχε ως αποτέλεσμα χαμηλότερες συγκεντρώσεις των βαρέων μετάλλων στο ανταλλάξιμο κλάσμα, στα περισσότερα χρονικά διαστήματα εξέτασης, που σημαίνει χαμηλότερη διαθεσιμότητα των μετάλλων. Εξαίρεση αποτελεί ο μόλυβδος (Pb) και ο μόλυβδος παρουσία νικελίου (Pb(+Ni)) του διμεταλλικού συστήματος, στον οποίο η μεταχείριση με γλυκόζη (MG) προκαλεί μείωση του ανταλλάξιμου κλάσματος μεν, αλλά στα τελευταία χρονικά διαστήματα (216 και 301 ημέρες) δίνει υψηλότερες συγκεντρώσεις του στοιχείου από ότι στη μεταχείριση χωρίς γλυκόζη (Μ). Η γλυκόζη, ως εύκολα μεταβολιζόμενη πηγή άνθρακα προκάλεσε μια έντονη αύξηση της μικροβιακής δραστηριότητας, όπως προέκυψε από τη μέτρηση του εκλυόμενου CO2 από τους εδαφικούς μικροοργανισμούς.